三容水箱是一种可用于研究液位、温度和流量等参数控制的实验装置,可以组合成多种控制回路和验证多种控制算法,并且工业现场的许多控制对象可抽象成三容水箱控制模型,其在科研、教学和工业控制领域具有重要价值。为发挥远程实验的优越性和解决工业现场多变量系统存在的耦合性问题,本课题从三容水箱远程实验控制系统设计和解耦控制算法研究两方面开展研究工作,主要研究内容如下:(1)依据三容水箱远程监控系统功能需求,对数据监控软件结构和数据库等进行详细设计,采用TCP/IP协议实现本地端与数据中心服务器的通信,以XML格式实现数据包的发送与接收,利用网络编程技术实现对三容水箱实验台的实时监控与实验信息显示等功能。(2)以双输入-双输出三容水箱为研究对象,阐述建立数学模型的过程和方法,采用机理建模法,得到三容水箱机理模型结构表达式,结合参数辨识方法建立三容水箱控制器模型。(3)阐述了多变量控制系统结构和原理,分析了多变量控制系统耦合性来源。对前馈补偿解耦、对角矩阵解耦和反馈补偿解耦的原理进行比较分析。根据模型对应的相对增益矩阵分析三容水箱控制系统耦合性,建立前馈补偿解耦控制器模型并使用Matlab/Simulink工具进行仿真。将前馈补偿解耦控制算法应用到三容水箱实验台并与双回路简单PID实验进行对比。结果表明:前馈补偿解耦控制算法能实现对耦合系统的解耦功能并能提高系统的快速性和稳定性。(4)分析模糊控制算法原理,利用模糊控制算法不过度依赖于精确的数学模型的优点,并结合双输入双输出水箱结构特性建立模糊解耦控制器模型。对模糊解耦液位控制器模型进行仿真,再将模糊解耦控制算法应用到三容水箱实验台,并进行扰动测试实验,通过与前馈补偿解耦控制实验进行比较,证明了模糊解耦控制算法具有更强的稳定性、响应特性和鲁棒性。本课题的三容水箱控制算法研究表明:解耦控制算法在多变量控制系统中具有重要实用价值,相比于前馈补偿解耦控制算法,模糊解耦控制算法能进一步提高控制系统的性能。